JP6956022B2 - 配線基板、電子装置及び電子モジュール - Google Patents

Description

この発明は、配線基板、電子装置及び電子モジュールに関する。

電子部品を内部に収容し、当該内部の電子部品を外部の配線に接続して実装するパッケージ状の配線基板がある。配線基板を介して電子部品を電子装置に接続することで、その取り扱い及び配線接続を容易とすることができる。また、配線基板内の電子部品を蓋体により封止することで、電子部品を外部環境から隔離してより安定して動作させることができる。

この配線基板としては、電子部品を収容するための凹状の収容部を有し、当該収容部の底面に設けられてパッケージ外部と配線により接続されている電極に電子部品が接続されるものが広く用いられている。

電子モジュールの高機能化や小型化に伴う実装密度の上昇などに応じて、電子部品及び配線基板にも小型化の要求がある。しかしながら、これに伴って複数の配線といった導体面の間の距離が小さくなり、製造時に短絡が生じやすくなるという問題がある。これに対し、導体面の表面に絶縁膜を設けて導体面の露出面積を縮小する技術がある（特許文献１）。

特開２００２−１６１６３号公報

しかしながら、電子部品の小型化や電子モジュールの高機能化に伴って、配線基板上の電極の面積も小さくなり、また厚みも縮小されている。従来の技術では、電子部品を構造的及び電気的に安定して接続固定可能な電極を効率よく設けるのが困難であるという課題があった。

上記目的を達成するため、本発明の一の態様における配線基板は、
絶縁基板と、
前記絶縁基板の基板面に設けられた電極導体と、
を備え、
前記絶縁基板には、前記基板面からの突出部が設けられ、
前記電極導体は、
電子部品が固定される固定面が前記基板面から突出して設けられ、
前記固定面とは反対側の接合面が前記突出部の表面に沿って設けられて当該突出部と接合され、
前記固定面の外縁と前記基板面との間の主側面のうち少なくとも一部から前記基板面に沿った方向に延びる周縁部を有し、
前記周縁部は、
下面が前記絶縁基板の内部にあり、
上面の前記基板面からの高さが前記固定面の前記基板面からの高さよりも低くなる段差を有し、
前記上面と前記下面との間の厚みが、前記固定面と前記接合面との間の厚みの最小値よりも小さい。

また、本発明の一の態様における電子装置は、
上記の配線基板と、
前記収容部に収容されて前記電極と接続された電子部品と、
を備える。

また、本発明の一の態様における電子モジュールは、
上記の電子装置と、
当該電子装置が接続されたモジュール用基板と、
を備える。

本発明に従うと、安定した配線基板をより効率よく得ることができるという効果がある。

電子装置を蓋体が外された状態で見た全体斜視図である。 接続パッドの露出部分の外観を拡大して示した斜視図である。 電子モジュールの断面図である。 （ａ）は接続パッドの変形例における露出部分の外観を示す斜視図であり、（ｂ）は（ａ）の変形例における電子モジュールの断面図である。

以下、本発明の実施の形態を図面に基づいて説明する。
図１は、本実施形態の電子装置１０を蓋体１２０が外された状態で見た全体斜視図である。図１（ａ）は蓋体１２０が接合される側の面を見た図であり、図１（ｂ）は蓋体１２０が接合される側とは反対側の面を見た図である。

電子装置１０は、配線基板１００と、電子部品１５０と、蓋体１２０などを備える。配線基板１００は、絶縁基板１１０と、電極（接続パッド１１３及び外部接続パッド１１４）と、配線などを有する。絶縁基板１１０の蓋体１２０が接合される側の一の面（封止面、ｚ方向について上方側の面）には、凹状の領域である収容部１１１が設けられている。収容部１１１には電子部品１５０が収容される。収容部１１１のうち封止面と重なる開放面及び当該開放面とは反対側の面（収容部１１１の底面、載置面）以外の面、すなわち、収容部１１１の側面（ここでは、それぞれｚ方向に平行）をなす枠部１１０ａの蓋体１２０との接合面には、導体である枠状メタライズ層１１２が設けられている。枠状メタライズ層１１２は、ＡｕＳｎや銀ろうなどの封止材を用いて蓋体１２０と接合される。特に限定するものではないが、ここでは、この配線基板１００のサイズは、ｘｙ面内で一辺が０．８〜１０．０ｍｍ程度であり、ｚ方向についての厚みが０．１〜２．０ｍｍ程度である。

収容部１１１の底面（載置面、基板面）をなす絶縁基板１１０の基部１１０ｂにおいて、当該載置面には、一対の接続パッド１１３１、１１３２（電極導体；まとめて接続パッド１１３）が載置面からｚ方向に突出して設けられている。接続パッド１１３は、導体金属のうち露出面が金属めっき層で被覆されたものである。接続パッド１１３は、後述のようにメタライズペーストを用いて、当該メタライズペーストに含有される周知の各種金属導体により形成される。接続パッド１１３は、基部１１０ｂの内部に設けられた配線を介して当該基部１１０ｂの固定面とは反対側の面に設けられた外部接続パッド１１４と接続されている。例えば、接続パッド１１３１は、貫通導体１１５（図３参照）を介して外部接続パッド１１４１と接続されている。

接続パッド１１３のうち載置面と平行に突出した上面（固定面）には、電子部品１５０が固定される。電子部品１５０の接続パッド１１３への固定には、導電性接着剤（例えば、銀などの導電性粒子が添加された樹脂）といった接合材１６０が用いられる。接合材１６０が熱硬化性のものである場合には、接合材１６０を予め接続パッド１１３に塗布し、接続パッド１１３（接合材１６０）に対して電子部品１５０を位置決めして配置した状態で加熱することで、電子部品１５０が接合材１６０を介して接続パッド１１３に固定され、電気的に接続される。電子部品１５０は、固定面が平面状に設けられることで、収容部１１１内で固定面から離隔して安定的に固定される。電子部品１５０が動作時に振動などを生じる場合には、電子部品１５０が振動時に載置面及び蓋体１２０に接触せずに収容部１１１内に収容されるように、固定面の載置面からの高さが定められてよい。

外部接続パッド１１４（外部接続パッド１１４１〜１１４４）は、モジュール用基板２００に接合される外部電極である。外部接続パッド１１４は、導体金属のうち露出面が金属めっき層で被覆されたものである。外部接続パッド１１４は、後述のようにメタライズペーストを用いて、当該メタライズペーストに含有される周知の各種金属導体により形成される。電子装置１０は、半田などの接合部材２１０（図３参照）により外部接続パッド１１４が接合されたモジュール用基板２００（図３参照）とともに電子モジュール１（図３参照）に含まれる。電子部品１５０としては、例えば、水晶発振子や弾性表面波素子（ＳＡＷフィルタ）などが挙げられるが、これらに限られない。その他の用途の圧電素子、容量性素子、抵抗素子など各種電子部品が用いられ得る。また、必要に応じて複数の電子部品１５０が一つの収容部１１１内に設けられるものであってもよい。

絶縁基板１１０は、セラミック材料、例えば、酸化アルミニウム質焼結体、窒化アルミニウム焼結体、ムライト質焼結体又はガラス−セラミック焼結体などからなる。絶縁基板１１０の枠部１１０ａ及び基部１１０ｂは、一体形成されている。

蓋体１２０は、導体金属からなり、枠状メタライズ層１１２に対して接合されることで収容部１１１を気密封止する。封止には、ＡｕＳｎや銀ろうなどの導電性の封止材が用いられる。蓋体１２０は、接地されることで収容部１１１内への外部ノイズの伝搬を抑制する。蓋体１２０は、封止材及び枠状メタライズ層１１２を介して配線基板１００の外部接続パッド１１４に接続される。外部接続パッド１１４が接地されることで、蓋体１２０は接地状態とされる。

枠状メタライズ層１１２は、導体金属の露出面が金属めっき層で被覆されたものである。枠状メタライズ層１１２となる導体金属層は、枠部１１０ａの接合面に印刷形成される。

枠状メタライズ層１１２、接続パッド１１３や外部接続パッド１１４などの露出面における金属めっき層には、例えば、ニッケル及び／又は金が用いられる。例えば、露出面に対し、ニッケルめっき層が１〜２０μｍの厚みでなされ、このニッケルめっき層上に金めっき層が０．１〜３．０μｍの厚みでなされる。これにより、表面の酸化腐食が抑制され、また、絶縁体の上面に設けられる枠状メタライズ層１１２と、金属導体である蓋体１２０との接続を容易かつ強固なものとすることができる。

次に、接続パッド１１３について説明する。
図２は、収容部１１１の載置面上における接続パッド１１３の露出部分の外観を拡大して示した斜視図である。

接続パッド１１３は、直方体形状（箱型）の凸部１１３ａにおける４つの側面（主側面）に対して、一段低い（すなわち、載置面と段差を有する）周縁部１１３ｂが凸部１１３ａを取り囲んで、主側面から載置面に沿って延びた形状を有する。凸部１１３ａ及び周縁部１１３ｂの各面は、略平面状であり、各面内での凹凸が十分に小さく形成されている。また、主側面は、載置面に対して垂直（略垂直）である。これに伴い、凸部１１３ａ、周縁部１１３ｂ及びこれらの境界をなす各辺は、多少の丸みなどがあってもよいが、ほぼ直線状である。

平面視での周縁部１１３ｂの幅は、凸部１１３ａの平面視の大きさと比較して十分に狭い。また、周縁部１１３ｂの上面の載置面からの高さは、特には限られないが凸部１１３ａの固定面の載置面からの高さと比較して十分に低い。

図３は、接続パッド１１３１、外部接続パッド１１４１及び電子部品１５０を含む面内におけるｘ方向に沿った電子モジュール１の断面図である。

モジュール用基板２００に対して半田などの接合部材２１０を介して接合された電子装置１０において、接続パッド１１３１と外部接続パッド１１４１は、基部１１０ｂを貫く貫通導体１１５により接続されている。これらにより、外部接続パッド１１４１に加えられる電圧や電流に応じて、電子部品１５０に対して動作電圧や動作電流が供給され得る。

上述のように、接続パッド１１３１の側面は、収容部１１１の載置面に対して垂直に設けられている。接続パッド１１３１の下面は、平面視での中央部分で外縁付近及び周縁部１１３１ｂよりも＋ｚ方向（上方）にくぼんだ凹部１１３１ｃを有する。この凹部１１３１ｃの形状に応じて絶縁基板１１０には突出部が設けられている。すなわち、凹部１１３１ｃの底面（接合面）は、絶縁基板１１０の突出部の表面に沿って設けられる。この絶縁基板１１０の突出部及び貫通導体１１５と、接続パッド１１３１の接合面との境界は、図面のように直線（平面）形状に限られず、凹凸を有する曲線（曲面）形状であってもよい。このとき、周縁部１１３１ｂの厚みは、凹部１１３１ｃの部分における接続パッド１１３１の厚みの最小値よりも小さい。

周縁部１１３１ｂは、下側の一部が基部１１０ｂ（絶縁基板１１０）の内部に埋まっている。上述のように、接続パッド１１３は、メタライズペーストの金属導体層に対して金属めっき層が設けられたものであり、ここでは、金属導体層と金属めっき層の境界が載置面の高さと等しい。すなわち、金属導体層が絶縁基板１１０の内部にあり、金属めっき層が載置面上に突出している。

次に、接続パッド１１３を含む配線基板１００の製造方法の一例について説明する。
載置面から突出する接続パッド１１３は、スクリーン印刷などで単に載置面上に形成されるだけでは、実際には、表面張力などにより曲面状に盛り上がった形状となり、凸部１１３ａが直方体形状とはならない。本実施形態の配線基板１００では、凹凸を有する加圧治具を用いて形状を定めることで、適正な直方体形状を得る。

配線基板１００を得るには、まず、絶縁基板１１０となるセラミックグリーンシートに貫通孔を設けて導体を注入し、貫通導体１１５を形成する。セラミックグリーンシート上における接続パッド１１３の位置にマスクを用いてメタライズペーストを塗布（例えば、スクリーン印刷）する。このメタライズペーストは、後述のように、変形して接続パッド１１３の固定面及び主側面の両方をなすので、厳密な範囲を定めるのが困難である。したがって、不足がないように若干多め、すなわち、凸部１１３ａの平面視面積より若干広く塗布されてよい。また、セラミックグリーンシートの下面側には、マスクを用いて外部接続パッド１１４の各位置にメタライズペーストを塗布する。

両面にメタライズペーストが塗布されたセラミックグリーンシートを平板上に載置し、収容部１１１、枠部１１０ａ及び接続パッド１１３に対応した形状の凹凸を有する加圧治具を用いて上面側から加圧する。これにより、上面側に塗布されたメタライズペーストが載置面の高さまで押し下げられる。

一方で、セラミックグリーンシート及びメタライズペーストが変形し、加圧治具の凹部内に充填されて、枠部１１０ａ及び接続パッド１１３が形成される。接続パッド１１３の部分は、上部及び側面部にメタライズペーストの層が電極として形成され、下部内側にセラミックグリーンシートが絶縁層として形成される。すなわち、枠部１１０ａ及び接続パッド１１３は、加圧治具の凹部形状に沿ってほぼ所望の形状となる。
なお、使用されるセラミックグリーンシートやメタライズペーストに対し、加圧治具による加圧成型時の温度以下のガラス転移温度を有するバインダを添加することで、加圧により、より良好な形状で成型される。

メタライズペーストの塗布範囲が加圧治具における接続パッド１１３（凸部１１３ａ）に対応する凹部の面積よりも若干広い場合、メタライズペーストは、当該凹部からはみ出て周縁部１１３ｂに対応する領域が載置面と同一の高さで形成される。加圧治具における接続パッド１１３に対応する凹部からはみでた部分のメタライズペーストは、一部が向きを変えて主側面となり、残りが加圧されて圧縮された周縁部１１３ｂとなる。これにより、接続パッド１１３の固定面下におけるメタライズペーストの厚みは、周縁部１１３ｂとなる部分のメタライズペーストの厚みよりも大きくなる。周縁部１１３ｂは、接続パッド１１３のサイズを確実に得るのに必要な範囲以上に広げる必要はないので、凸部１１３ａの平面視サイズと比較して十分に幅が狭くてよい。

また、下面側ではメタライズペーストが平面形状となり、４個の外部接続パッド１１４に応じた導体層が形成される。

加圧治具をセラミックグリーンシート及びメタライズペーストから剥離した後、セラミックグリーンシート及びメタライズペーストを焼成して絶縁基板１１０及び導体層とする。導体層として形成された枠状メタライズ層１１２、接続パッド１１３及び外部接続パッド１１４の露出面に対して、ニッケルめっき層及び金めっき層を順番に形成する。このとき、周縁部１１３ｂに対応する導体層部分に金属めっき層が設けられることで、周縁部１１３ｂの上面は、載置面よりも高い位置となる。

このようにして、配線基板１００が得られる。その後必要に応じて電子部品１５０の取り付け及び蓋体１２０の接合などがなされる。

以上のように、本実施形態の配線基板１００は、絶縁基板１１０と、絶縁基板１１０の収容部１１１の底面である載置面に設けられた接続パッド１１３と、を備える。接続パッド１１３は、電子部品１５０が固定される固定面が載置面からｚ方向に突出して設けられ、固定面の外縁と載置面との間の主側面のうち少なくとも一部から載置面に沿った方向に延びる周縁部１１３ｂを有する。周縁部１１３ｂは、下面が絶縁基板１１０の内部にあり、上面の載置面からの高さが固定面の載置面からの高さよりも低くなる段差を有して設けられ、上面と下面との間の厚みが、固定面と、当該固定面とは反対側の接合面との間の厚みの最小値よりも小さい。
このように、配線基板１００では、固定面の平面視面積全体に確実に導体面が設けられ、当該固定面の外縁を主側面で明確に区切り、主側面の外側には、若干の導体領域が形成される程度とすることで、固定面への電子部品１５０の固定を安定化させ、また、十分かつ略均一な接触面で電気的に安定な接続を確保する。一方で、平面視で主側面の外側に若干のはみ出しを許容することで、製造に必要な精度を著しく高めない。また、周縁部１１３ｂの下部を絶縁基板１１０内に埋め込まれていることで、必要以上に外側に広がるのが防止されている。また、このように絶縁基板１１０の絶縁部分で周縁部１１３ｂが他の導体部分と分離されることで、載置面より上方に設けられる金属めっき層も、周縁部１１３ｂ（導体）と絶縁基板１１０との濡れ性の違いに応じて、周縁部１１３ｂの範囲から外側に流れ出て他の導体部分と短絡しにくい構造となっている。そして、電気的接続に重要な凸部１１３ａの金属導体層を圧縮せず、周縁部１１３ｂの厚みよりも大きく保つことで、接続パッド１１３の全面と貫通導体１１５との間での電流をより流しやすくすることができる。反対に、周縁部１１３ｂの厚みを圧縮することで、収容部１１１内で余計に容積を占めない。これらのように、電子部品１５０を構造的及び電気的に安定して接続固定させることができる配線基板１００がより効率よく得られる。
また、配線基板１００に対して略一様な金属導体面が適切な大きさで設けられることで、配線基板１００の形成時などにおける絶縁基板１１０の反りを抑制することができる。

また、絶縁基板１１０には、載置面からの突出部が設けられ、接続パッド１１３の接合面は、突出部の表面に沿って設けられている。
このように、突出部に沿って形成されることで、接続パッド１１３の高さを適切に保ちつつ安定した形状とすることができる。

また、接続パッド１１３の主側面は、載置面に垂直な部分を含む。
すなわち、固定面以外の平面視面積を縮小して、より効率よく接続パッド１１３を配置することができる。

また、絶縁基板１１０には凹状の収容部１１１が設けられ、接続パッド１１３は、収容部１１１の底面である載置面に設けられている。これにより、接続パッド１１３に接続される電子部品１５０を効率よく収容部１１１内に収容して保持することができる。特に、収容部１１１の開放面を蓋体１２０で封止することで、電子部品１５０を外部から隔離して、当該電子部品１５０に、より安定した動作を行わせることができる。

また、電子装置１０は、配線基板１００と、固定面に固定された電子部品１５０と、を備える。このような電子装置１０は、電子部品１５０のサイズに従って効果的に精度よく小型化を図りつつその構造的及び電気的な接続の安定性の向上を図ることができる。すなわち、このような電子装置１０は、堅牢性を向上させつつ十分な性能で動作させることが可能となる。

また、本実施形態の電子モジュール１は、上述の電子装置１０と、当該電子装置１０が接続されたモジュール用基板２００と、を備える。このような電子装置１０が用いられることで、モジュール用基板２００上により効率的に電子部品や回路を配置することができ、電子モジュール１の小型化、軽量化や高機能化を図ることができる。

なお、本発明は、上記実施の形態に限られるものではなく、様々な変更が可能である。
例えば、上記実施の形態では、４つの主側面の全てに対し、凸部１１３ａを取り囲むように周縁部１１３ｂが設けられることとしたが、これに限られない。図４の変形例のように、メタライズペーストと加圧治具の凹部の位置とを所定の面について正確に合わせる基準などを設けることで、一部の主側面に対して周縁部１１３ｂが設けられない接続パッド１１３であってもよい。

また、上記実施の形態では、接続パッド１１３を平面視方形の箱型形状として説明したが、平面視での形状が他の多角形、円形、曲線やこれらの組み合わせなどであってもよい。

また、上記実施の形態では、絶縁基板１１０の突出部上に接続パッド１１３の金属導体層及び金属めっき層が形成されることとしたが、接続パッド１１３の高さ及びメタライズペーストの厚みなどに応じて絶縁層が絶縁基板１１０から突出していない部分があってもよい。

また、上記実施の形態では、載置面に接続パッド１１３が設けられることとしたが、絶縁基板１１０の基板面上において、これに限られるものではない。

また、上記実施の形態では、主側面が載置面に対して垂直であることとしたが、傾斜している場合を全て排除するものではない。

また、収容部１１１に収容される電子部品１５０の数は、一つに限られない。複数が収容、載置されてもよい。また、収容部１１１が複数設けられていてもよい。このような収容部１１１、電子部品１５０やモジュール用基板２００の数、形状や構造などに応じて、接続パッド１１３や外部接続パッド１１４の数や配置、接続の対応関係などは例示のものに限られず、適宜定められてよい。

また、上記実施の形態では、蓋体１２０を電子装置１０に含んで説明したが、蓋体１２０が電子装置１０に含まれないものであってもよい。

また、接続パッド１１３の形成は、上記で説明した製造方法によるものに限られない。任意の方法で接続パッド１１３が形成される場合であっても、当該接続パッド１１３の構造によってより容易に安定した特性の接続パッド１１３を得ることができる。
その他、上記実施の形態で示した具体的な構成、形状、配置や位置関係などの具体的な細部は、本発明の趣旨を逸脱しない範囲において適宜変更可能である。

１ 電子モジュール
１０ 電子装置
１００ 配線基板
１１０ 絶縁基板
１１０ａ 枠部
１１０ｂ 基部
１１１ 収容部
１１２ 枠状メタライズ層
１１３、１１３１、１１３２ 接続パッド
１１３ａ 凸部
１１３ｂ、１１３１ｂ 周縁部
１１３１ｃ 凹部
１１４、１１４１ 外部接続パッド
１１５ 貫通導体
１２０ 蓋体
１５０ 電子部品
１６０ 接合材
２００ モジュール用基板
２１０ 接合部材

Claims (5)

1. 絶縁基板と、
   前記絶縁基板の基板面に設けられた電極導体と、
   を備え、
   前記絶縁基板には、前記基板面からの突出部が設けられ、
   前記電極導体は、
   電子部品が固定される固定面が前記基板面から突出して設けられ、
   前記固定面とは反対側の接合面が前記突出部の表面に沿って設けられて当該突出部と接合され、
   前記固定面の外縁と前記基板面との間の主側面のうち少なくとも一部から前記基板面に沿った方向に延びる周縁部を有し、
   前記周縁部は、
   下面が前記絶縁基板の内部にあり、
   上面の前記基板面からの高さが前記固定面の前記基板面からの高さよりも低くなる段差を有し、
   前記上面と前記下面との間の厚みが、前記固定面と前記接合面との間の厚みの最小値よりも小さい
   ことを特徴とする配線基板。
2. 前記主側面は、前記基板面に垂直な部分を含むことを特徴とする請求項１記載の配線基板。
3. 前記絶縁基板には凹状の収容部が設けられ、
   前記電極導体は、前記収容部の底面に設けられている
   ことを特徴とする請求項１又は２記載の配線基板。
4. 請求項１〜３のいずれか一項に記載の配線基板と、
   前記固定面に固定された電子部品と、
   を備えることを特徴とする電子装置。
5. 請求項４記載の電子装置と、
   前記電子装置が接続されたモジュール用基板と、
   を備えることを特徴とする電子モジュール。

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